Ultrahangos élelmiszer-feldolgozó technológia

Ultrahangos élelmiszer-feldolgozási technológia

Alkalmazás

A fogyasztói kereslet növekedésével, valamint az élelmiszer- és környezetvédelmi előírások szigorításával a hagyományos élelmiszer-feldolgozási technológiák elvesztették a legjobb teljesítményt, ennek eredményeként kiemelkedő feltörekvő technológiák voltak. Az ultrahang egy gyors, többcélú, kialakulóban lévő és ígéretes zöld roncsolásmentes technológia, amelyet az élelmiszeriparban az elmúlt években alkalmaztak. Az ultrahangot az élelmiszer-technológia különböző területein használják, például kristályosítás, fagyasztás, fehérítés, gáztalanítás, extrakció, szárítás, szűrés, emulgeálás, sterilizálás, darabolás stb. Hatékony tartósító eszközként az ultrahangot széles körben használják az élelmiszer-feldolgozás területén gyümölcsök és zöldségek, gabonafélék, méz, gélek, fehérjék, enzimek, mikrobiális inaktiválás, gabonatechnika, vízkezelés és tejtej.

Bevezetés

Az évek során az élelmiszeripar minimális igénye a feldolgozott élelmiszerek iránt jelentős változásokat eredményezett a feldolgozási módszerekben, mert kritikus körülmények között egyes feldolgozási technológiák fizikai és kémiai változások kiváltásával csökkentik táplálkozási szintjüket és biológiai hozzáférhetőségüket, ezáltal csökkentve az érzékszervi elfogadást. Ezért a táplálkozási, nem tápláló (biológiai aktivitás) és érzékszervi tulajdonságok fenntartása érdekében az élelmiszeripar újabb kíméletes feldolgozási módszereket tervezett ezen technológiák helyettesítésére. Az ultrahangos módszer az egyik gyorsan fejlődő technológia, amelynek célja a feldolgozás csökkentése, a minőség javítása és az élelmiszerbiztonság biztosítása. Az ultrahang technológia, mint az élelmiszeripar kutatásának és fejlesztésének kulcsfontosságú területe, az emberi hallás határán (GG gt; 16 khz) magasabb frekvenciájú mechanikai hullámokon alapszik, amelyek két frekvenciatartományra oszthatók: alacsony energia és nagy energia. Az alacsony energiájú (kis teljesítményű, alacsony intenzitású) ultrahang 100 kHz-nél magasabb, 1 Wcm − 2 alatti frekvencián, és a nagy energiájú (nagy teljesítményű, nagy intenzitású) ultrahang 20 és 500 kHz közötti frekvencián, magasabb, mint 1 Wcm − 2.

Az ultrahangos technológiában általában alkalmazott reprezentatív frekvenciatartomány 20 kHz és 60 kHz között van. Analitikai technikaként nagyfrekvenciás ultrahang segítségével információt szereznek az élelmiszerek fizikai és kémiai tulajdonságairól, például savasságáról, keménységéről, cukortartalmáról és érettségéről. Az alacsony frekvenciájú ultrahang megváltoztatja az élelmiszerek fizikai és kémiai tulajdonságait azáltal, hogy nyomást, nyírást és hőmérséklet-különbséget indukál az általa terjesztett közegben, és vakuolokat termel, ezáltal inaktiválja az élelmiszer mikroorganizmusait. Az ultrahangos kezelés alkalmas a friss zöldségek és gyümölcsök betakarítás előtti és utáni minőségellenőrzésére, sajtfeldolgozás, kereskedelmi étolaj, kenyér és gabonatermékek, ömlesztett és emulgeált zsírtartalmú ételek, ételgélek, szénsavas ételek és fagyasztott ételek feldolgozására. További alkalmazások a méz hamisításának és aggregációjának állapotának, méretének és fehérjetípusának felmérése. Az alacsony frekvenciájú ultrahang, valamint a magmágneses rezonancia (NMR) frekvenciatartománya és spektruma jelenleg a legnépszerűbb, praktikus és széles körben alkalmazott roncsolásmentes elemzési módszer. Az évek során az alacsony frekvenciájú ultrahangot sikeresen alkalmazták a folyékony élelmiszerek fizikai-kémiai és szerkezeti tulajdonságainak tanulmányozására.

Gépezet

Az ultrahangos hullámok folyékony rendszerekben történő alkalmazása akusztikus kavitációt okozhat, vagyis buborékok keletkezését, növekedését és esetleges felszakadását okozhatja. Amikor az ultrahangos hullámok terjednek, a buborékok oszcillálnak és felszakadnak, termikus, mechanikai és kémiai hatásokat produkálva. A mechanikai hatások közé tartozik az összeomlási nyomás, a turbulencia és a nyírófeszültség, míg a kémiai hatásoknak semmi közük nincs a szabad gyökök keletkezéséhez. A kavitációs zóna rendkívül magas hőmérsékletet (5000 K) és nyomást (1000 atm) generál. Az ultrahang frekvenciájától függően a helyileg generált váltakozó pozitív és negatív nyomás az anyag kitágulását vagy összenyomódását okozhatja, ami sejtrepedéshez vezethet. Az ultrahang hidrolizálja a vizet az oszcilláló buborékokban, így H + és OH mentes gyököket képezve. Ezek a szabad gyökök bizonyos kémiai reakciókban megragadhatók. Például a szabad gyökök részt vehetnek az enzimek szerkezeti stabilizálásában, szubsztrátkötésben vagy katalitikus funkciójában. Az aminosav tisztul. Ezt az ultrahangos törő hatást a homogén folyadék jelentősen elnyomja.

Az ultrahangos kezelés során keletkező buborékok szerkezetük szerint két kategóriába sorolhatók:

A nyomásciklus során egy nagy, nem lineáris, egyensúlyméretű buborékfelhő képződését stabil kavitációs buboréknak nevezzük.

Az instabil, gyors összeomlást és kisebb buborékokba bomlást belső (tranziens) kavitációs buborékoknak nevezzük.

Ezek a kis buborékok gyorsan feloldódnak, de a buboréknyújtási folyamat során a tömegátadási határréteg vékonyabb, és az interfész területe nagyobb, mint a buborék felszakadásakor. Ez azt jelenti, hogy a nyújtási szakaszban a buborékba belépő levegő nagyobb, mint a repesztési szakaszban kifolyó levegő.